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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

20.10. - 23.10.2015, Berlin

Eine Beschichtungskombination von Polydopamin mit thrombozytären Wachstumsfaktoren verbessert die osteogene Differenzierung von adhärenten mesenchymalen Stammzellen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Eileen Mempel - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Dominik Seybold - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Matthias Königshausen - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Thomas A. Schildhauer - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Elvira Peter - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Manfred Köller - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015). Berlin, 20.-23.10.2015. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2015. DocPO11-225

doi: 10.3205/15dkou561, urn:nbn:de:0183-15dkou5616

Veröffentlicht: 5. Oktober 2015

© 2015 Mempel et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die langfristige Integration von Endoprothesen erfordert geeignete Ansätze zur Optimierung der Implantatverankerung an das umliegende Gewebe. Um die Implantatintegration zu optimieren, wurde in dieser Studie eine duale Beschichtung aus Polydopamin (PDA), inspiriert von der Muschelanhaftung, und autologen thrombozytären Wachstumsfaktoren in vitro getestet.

Methodik: Zur Gewinnung von thrombozytenfreiem Plasma (platelet free plasma, PFP) bzw. thrombozytenarmen Plasma (platelet poor plasma, PPP) wurde Vollblut auf zwei verschiedene Weisen zentrifugiert (2000xg, 45 min bzw. 700xg, 8 min). Um die Konzentration der Wachstumsfaktoren aus den Thrombozyten im Plasma zu erhöhen, erfolgte anschließend eine Induktion der Thrombozyten-Degranulation mittels Einfrier-/Auftauprozess (flüssiger Stickstoff für 2 min/37°C für 5 min). Probekörper aus der Titanlegierung Ti6Al4V (Ti) mit einem Durchmesser von 12mm wurden in einem Beschichtungsprozess für 24h per Dip-Coating-Verfahren mit einer PDA/Tris-HCl-Puffer-Lösung (2mg/ml) bei einem pH von 8,5 beschichtet. Zur weiteren Modifikation wurde ein Teil der Prüfkörper mit 500µl PPP bzw. PFP beschichtet. Nach einer Stunde wurde das Plasma abgenommen und die Probekörper wurden getrocknet. Damit ergaben sich folgende Beschichtungsvariationen: Ti/PDA, Ti/PPP, Ti/PFP, Ti/PDA/PPP und Ti/PDA/PFP. Als Kontrolle dienten unbehandelte Probekörper (Kon).

Ein Nachweis der PDA-Beschichtung erfolgte mittels Fluorescamine und REM/EDX. Die biologische Aktivität der Probenoberflächen bezüglich einer Zelladhärenz wurde mittels humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSC) im Vergleich zur Kontrolle getestet. Die Zellproliferation der hMSC wurde fluorophotometrisch gemessen (AlamarBlue-Assay). Eine qualitative und quantitative Analyse der osteogenen Differenzierung erfolgte über die Mineralisierung (Alizarin Red S/Cetylpyridinium-Extraktion) und die Aktivität der alkalischen Phosphatase (Atto Phos).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Am effektivsten erwies sich die Kombination Ti/PDA/PPP. Bereits nach zwei Wochen zeigte diese Beschichtung eine signifikant höhere osteogene Aktivität im Vergleich zur Kontrolle (p<0,0005) sowie zu Ti/PDA (p<0,0005) und Ti/PPP (p<0,05). Die Aktivität der alkalischen Phosphatase war ebenfalls deutlich gesteigert (Ti/PDA/PPP vs. Kon: p<0,005). Die Proliferationsrate hingegen war nach sieben Tagen bei allen Beschichtungen nicht signifikant unterschiedlich.

Die Studie zeigt, dass duale Beschichtungen aus Polydopamin und autologen Wachstumsfaktoren vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberflächen sind. Nach Implantation könnte die PDA-Beschichtung die Wachstumsfaktoren in die periimplantäre Umgebung abgeben und so eine verbesserte ossäre Regeneration induzieren.